Масса самолета напрямую зависит от его конструкции. Снижение веса может быть достигнуто исключительно за счет сочетания легких материалов и соответствующего технологического решения, использующего такие передовые процессы как сверхпластическая формовка и диффузионная сварка для отказа от крепежных элементов. Но их применение на перспективных материалах, например, титановых сплавах, требует тщательной проработки технологии и расширенных возможностей для моделирования, которые корпорация Shenyang Aircraft получила, используя программу PAM-STAMP от компании ESI.
Корпорация Shenyang Aircraft является крупнейшим производителем военных самолетов в Китае. Во время разработки самолета PLA NAVY для морской авиации требовалось снизить его вес для обеспечения максимальных скорости, дальности полета и маневренности.
Самолет PLA NAVY
Для снижения веса корпорация Shenyang Aircraft использовала перспективные материалы, в частности, титановый сплав Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V. Наряду с непосредственным применением подобных сплавов для изготовления деталей, можно получить значительный выигрыш в массе, используя для сложных соединений новые методы, а не традиционные – клепку, скрепление винтами или пайкой, – которые добавляют вес, увеличивают количество сборочных единиц конструкции и усложняют технологический процесс.
Найденным решением по уменьшению веса стало изменение формы деформируемых деталей и их соединение без использования дополнительных узлов путем диффузионной сварки, технологии, основанной на взаимном проникновении атомов контактирующих поверхностей.
Специалисты корпорации Shenyang Aircraft рассматривали сверхпластическую формовку как один из вариантов получения требуемой сложной геометрической формы соединяемых изделий, но на листах с толщиной, достигающей 50 мм, процесс неизменно приводил к формированию локальных дефектов. Узнав об успешном опыте применения программы PAM-STAMP другими авиационными предприятиями для моделирования сверхпластической формовки, в корпорации Shenyang Aircraft заинтересовались возможностями виртуального инжиниринга. Выбор пал на единственное решение, способное адекватно рассчитать формовку и тем самым помочь избежать образования большого утонения при обработке полуфабрикатов из титановых сплавов, – программу PAM-STAMP. 150 инженеров корпорации прошли обучение моделированию в программе PAM-STAMP не только сверхпластической формовки и диффузионной сварки, но и других технологий штамповки, применяемых в авиастроении.
Сеточная модель в программе PAM-STAMP
Для решения поставленных задач среди множества смоделированных процессов были процессы формовки высоким давлением диффузионно-сваренных двойных заготовок в состоянии сверхпластичности. Численное моделирование позволило определить и контролировать места формирования большого утонения в процессе сверхпластической формовки и диффузионной сварки. В рассмотренном примере несколько компонентов сложной формы были заменены одной деталью, что привело к снижению веса конструкции и избавило от сварочных операций, дорогостоящих и затратных по времени.
Результат моделирования сверхпластической деформации (majorstrain – первая главная деформация, thickness – толщина)
С помощью указанных высокотехнологичных операций, используя программу PAM-STAMP, в корпорации Shenyang Aircraft добились общего снижения массы самолета для морской авиации, придав ему маневренность, которая не могла бы быть достигнута при использовании традиционных методов производства и соединения деталей. Кроме того, использование численного моделирования значительно снизило затраты на разработку за счет отказа от дорогостоящих экспериментов в условиях производства.
Деталь, изготовленная методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки
«Сочетая моделирование сверхпластической деформации и диффузионной сварки в программе PAM-STAMP, корпорация Shenyang Aircraft вдвое сократила время, требуемое для разработки оснастки для изготовления деталей сложной формы, и уменьшила вес боевого самолета»
Ян Ли (Yuan Li), генеральный директор корпорации Shenyang Aircraft
